Pompe submersible pour puits de forage
Qu'est-ce qu'une pompe immergée ?
Une pompe de forage submersible est une pompe qui doit être constamment immergée dans un trou de forage et qui est alimentée par un moteur submersible. Il s'agit d'une pompe centrifuge typique car elle convertit l'énergie mécanique en énergie hydraulique en utilisant la force centrifuge agissant sur le liquide. Le moteur de la pompe est généralement accouplé de manière rigide à la tête de la pompe et peut être situé sur le dessus ou en dessous de la pompe, en fonction de l'application. Une pompe de forage submersible est conçue avec un diamètre plus petit et une grande longueur axiale pour s'adapter aux conditions typiques d'un trou de forage. Selon les exigences de la pompe, les différents composants de la pompe peuvent être fabriqués en fonte, en acier allié ou en plastique.. Les pompes de forage submersibles sont principalement utilisées pour pomper l'eau de forage pour la boisson, l'irrigation ou la lutte contre les incendies. Les fabricants de pompes submersibles pour puits de forage proposent ces unités en version mono-étagée ou multi-étagée. Une pompe de forage submersible est très rentable, en particulier pour les grandes profondeurs d'installation, parce qu'elle a une conception compacte.
Figure : montrant la configuration d'une pompe de forage submersible
Composants d'une pompe de forage submersible
Moteur électrique
La pompe de forage submersible utilise un moteur à cage d'écureuil qui est étroitement couplé et hermétiquement scellé pour empêcher l'eau de s'y infiltrer et de causer des dommages. Le moteur électrique est la source d'énergie mécanique de la pompe immergée. Les fabricants de pompes de forage submersibles équipent également la pompe d'un dispositif de protection intégré, qui permet d'arrêter la pompe en cas de problème.
Corps de pompe
Le corps est l'enveloppe extérieure de la pompe. Il présente une construction étanche pour retenir la pression et protéger contre les fuites. Le corps de la pompe abrite la roue, l'arbre, le boîtier de roulement et d'autres composants internes. Il dirige également le liquide pompé vers l'intérieur et l'extérieur de la pompe par l'intermédiaire du tuyau de refoulement. Les fabricants de pompes immergées pour puits de forage différencient les corps de pompe principalement par leur conception, et le corps de pompe peut être soit fendu radialement, soit fendu axialement. Selon les exigences de l'application, le corps de pompe peut être fabriqué en fonte, en acier allié ou en plastique.
Arbre
L'arbre est la partie du rotor qui supporte la roue et repose sur des roulements. Les fabricants de pompes immergées pour puits de forage fabriquent l'arbre en acier inoxydable et en acier au carbone pour surmonter les vibrations et les charges lourdes pendant le fonctionnement de la pompe.
Roue
La roue est constituée d'un ensemble d'ailettes incurvées vers l'arrière et se déplace sur l'arbre du moteur électrique. Elle déplace le fluide dans la pompe en augmentant son énergie cinétique et sa pression. La roue peut être de type ouvert, semi-ouvert ou fermé.
Paliers
Le but premier des roulements est de supporter l'arbre ou la roue et de les aligner correctement avec les extrémités fixes sous l'action des forces radiales et axiales. Ils contribuent également à réduire le frottement entre l'arbre rotatif et le stator et à contenir le mouvement relatif de l'ensemble du rotor.
Câble électrique
Le câble électrique sert à alimenter la pompe de forage submersible. Les pompes submersibles pour eaux sales peuvent avoir deux ou trois câbles d'alimentation en fonction de la conception du moteur.
Tuyau de refoulement
L'objectif principal du tuyau de refoulement est d'amener le fluide à l'endroit voulu. Le tuyau de refoulement a deux extrémités, l'une se connectant à la sortie de la pompe et l'autre acheminant l'eau jusqu'à la destination voulue.
Vannes
La pompe de forage submersible contient également différentes vannes qui aident à faire fonctionner la pompe. Ces vannes comprennent des soupapes de décharge, des vannes de vidange et des vannes à bille.
Figure : Composants d'une pompe de forage submersible
Comment fonctionne une pompe immergée ?
La pompe de forage submersible pousse l'eau depuis de grandes profondeurs jusqu'à un réservoir de stockage à la surface. Le fonctionnement de la pompe implique la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique, puis en énergie cinétique et en énergie de pression du fluide. Lorsque le moteur démarre, la roue de la pompe fait tourner l'eau à l'intérieur du corps de la pompe, ce qui confère une grande énergie cinétique au liquide. La roue projette ensuite l'eau dans la volute, où la vitesse accrue du fluide est convertie en une pression statique élevée à mesure que la vitesse du fluide diminue en raison de l'élargissement progressif de la voie d'écoulement. La hauteur de pression élevée qui en résulte permet de pousser le liquide vers la surface et de le transporter jusqu'à l'endroit désigné via les raccords de refoulement.
Types de pompes immergées pour puits de forage
Pompe de forage submersible à un étage
Une pompe de forage submersible à un étage se compose d'une roue tournant sur un arbre dans une chambre de pompe, conçue pour pressuriser et pousser le liquide à la surface lorsqu'elle est alimentée par un moteur. Il s'agit de la conception la plus simple de la pompe de forage submersible, qui est donc moins chère et facile à acquérir. Cependant, elle produit moins d'énergie qu'une pompe multicellulaire.
Figure 1 : Pompe de forage submersible à un étage.
Pompe multicellulaire submersible pour puits de forage
La pompe de forage submersible multicellulaire se compose de plus de deux roues logées dans différentes chambres de pompe montées en série ou en chaîne. Le liquide de transfert est aspiré dans la première chambre (étage) à la pression d'aspiration et sort de la dernière chambre à la pression élevée. Une pompe de forage submersible multi-étagée peut gérer des plages de pression et des débits supérieurs à ceux de son homologue mono-étagée. Une pompe immergée multicellulaire peut également générer une puissance et une pression statique plus importantes en utilisant un moteur plus petit, consommant ainsi moins d'énergie.
Figure 1 : Pompe de forage submersible multicellulaire.
Applications d'une pompe de forage submersible
Les principales applications des pompes de forage submersibles sont l'irrigation, les puits de construction, l'exploitation minière souterraine, l'approvisionnement en eau des municipalités et les centrales géothermiques. Leurs utilisations typiques sont les suivantes :
- Ils sont utilisés pour pomper l'eau de forage ou l'eau souterraine depuis de grandes profondeurs vers des réservoirs de stockage.
- Ils sont utilisés pour le forage de puits profonds et les plates-formes de forage en mer.
- Ils sont utilisés pour fournir de l'eau dans les applications de lutte contre l'incendie.
- Ils sont utilisés pour les tâches de pompage dans l'approvisionnement en eau municipal.
- Ils sont également utilisés pour l'énergie géothermique et l'exploitation minière en eaux profondes.
- Ils sont également utilisés pour l'assèchement des mines.
- Ils sont utilisés pour déblayer les puits de construction.
Avantages d'une pompe de forage submersible
- Une pompe de forage submersible empêche la cavitation dans les composants de la pompe parce qu'elle élimine le pic de pression du fluide lorsque celui-ci circule dans la pompe.
- Les pompes de forage submersibles consomment moins d'énergie car elles s'appuient sur la pression atmosphérique pour aspirer le fluide sans ligne d'aspiration. Par conséquent, contrairement aux pompes d'aspiration, les pompes de forage submersibles ne dépensent pas d'énergie pour aspirer le fluide dans la pompe.
- Ils sont fabriqués dans un matériau résistant à la corrosion et ont une longue durée de vie.
- Une pompe de forage submersible est plus efficace et plus fiable que les autres pompes pour pomper l'eau en profondeur.
- Ils sont de construction robuste et faciles à installer et à utiliser.
- Les besoins d'entretien sont minimes.
- Elles sont auto-amorçantes. Une pompe de forage submersible fonctionne sous la surface de l'eau et l'utilisateur n'est pas obligé d'amorcer la pompe avant de la faire fonctionner manuellement.
- Leur fonctionnement est silencieux puisqu'ils se trouvent dans le liquide pompé.
- Ils sont excellents pour les grandes quantités d'eau et une large gamme de débits.
- Les fabricants de pompes immergées pour puits de forage peuvent adapter la pompe au traitement de l'eau contenant d'importantes particules solides en suspension.
- Une pompe de forage submersible présente un risque minimal de surchauffe car le liquide pompé l'entoure, ce qui contribue à refroidir le moteur de la pompe.
Inconvénients d'une pompe de forage submersible
- Les pompes de forage submersibles sont situées à de grandes profondeurs sous la surface et peuvent être difficiles d'accès pour les réparations et l'entretien. Cette difficulté peut faire en sorte que la pompe fonctionne pendant longtemps sans inspection régulière.
- La pompe doit être immergée dans le fluide de transfert pour éviter toute surchauffe. Le fonctionnement à sec peut endommager l'unité.
- Les joints de la pompe peuvent se corroder pendant une longue période de fonctionnement de la pompe, ce qui entraîne des fuites.
- L'utilisation de garnitures mécaniques rend également le moteur de la pompe difficile à démonter pour les réparations.
- Les pompes submersibles pour puits de forage sont plus complexes et plus coûteuses que les pompes pour puits peu profonds.
Dépannage d'une pompe de forage submersible
Le moteur ne fonctionne pas
- Le câble d'alimentation de la pompe de forage submersible est cassé. Inspectez et remplacez le câble d'alimentation si nécessaire.
- Le panneau de contrôle n'est pas alimenté en électricité. Utilisez un voltmètre pour vérifier l'alimentation électrique du panneau. Assurez-vous que les connexions du câble d'alimentation sont conformes au manuel du fabricant de la pompe immergée.
- Il y a une forte sédimentation autour de la pompe. Inspectez la pompe submersible et éliminez toute accumulation.
- Un disjoncteur s'est déclenché ou un fusible a sauté. Réinitialisez le disjoncteur si nécessaire. Inspectez la pompe pour vérifier si un fusible est grillé et remplacez-le.
- Le câblage du moteur est défectueux. Demandez à un électricien agréé d'inspecter l'état du câblage de la pompe et de réparer les défauts éventuels.
La pompe ne débite que peu ou pas du tout.
- La pompe fonctionne en sens inverse. Veillez à inverser les polarités du moteur. Vérifiez que le sens de rotation du moteur est conforme au guide du fabricant de la pompe immergée.
- Le tuyau d'évacuation est obstrué. Inspecter et nettoyer le tuyau d'évacuation.
- La roue est sale ou bouchée. Nettoyez l'intérieur de la pompe et enlevez toute saleté ou matériau bloquant de la roue.
- La hauteur de refoulement de la pompe est insuffisante. Assurez-vous que la hauteur de refoulement de la pompe est conforme aux valeurs de conception du système fournies par le fabricant de la pompe immergée.
Voyage thermique
- La hauteur de refoulement est trop faible. Régler la hauteur de refoulement ou installer une vanne de contrôle pour détecter la contre-pression en fonction de la valeur réglée..
- Le niveau d'arrêt est trop bas. Vérifiez le niveau de l'interrupteur d'arrêt dans le manuel du fabricant de la pompe immergée et effectuez les ajustements nécessaires.
- La densité ou la viscosité du liquide est trop élevée. Veillez à ce que la pompe corresponde à l'application. Assurez-vous également que toutes les vannes sont ouvertes.
- Le pilote est surchargé. S'assurer que la pompe tire la quantité de courant appropriée selon les spécifications de la pompe submersible.
Faible débit de la pompe
- Le jeu est excessif, ce qui entraîne une recirculation du fluide. Assurez-vous que la roue est de la bonne taille en suivant le guide du fabricant de la pompe de forage submersible.
- La roue est très usée. Inspecter la roue pour vérifier qu'elle n'est pas usée et la remplacer si nécessaire.
- Le moteur de la pompe tourne en sens inverse. Inverser les polarités du moteur.
- Le tuyau d'évacuation est obstrué. Inspectez et éliminez toute obstruction du tuyau d'évacuation.
- L'aspiration est obstruée. Débarrassez l'aspiration de tout débris.
Le détecteur de fuites est activé
- Le câble du détecteur est endommagé par l'usure, la détérioration ou le contact avec des huiles. Inspectez le câble du détecteur et remplacez-le.
La pompe surchauffe
- Le système électrique présente un problème. Inspectez le câblage et les connexions pour vous assurer que tous les composants sont bien fixés. Inspectez également la consommation électrique de la pompe pour vérifier si elle est conforme aux indications du fabricant de la pompe immergée.
- Il y a une forte accumulation de matières organiques ou minérales à l'extérieur du moteur. Inspectez et nettoyez le moteur de toute accumulation.
- Le thermostat est réglé trop haut. Réinitialisez le thermostat au niveau de température spécifié par les fabricants de pompes immergées.
- Le système de refroidissement présente des problèmes, par exemple un faible débit d'eau de refroidissement. Assurez-vous que le système de refroidissement fonctionne correctement et qu'il n'y a pas de fuites.
- Les roulements sont très usés. Inspecter les roulements et les remplacer si nécessaire.
Résumé
Une pompe de forage submersible est un type de pompe centrifuge qui doit être constamment immergée dans l'eau à extraire et qui utilise un moteur submersible. Elle convertit l'énergie mécanique en énergie hydraulique en utilisant la force centrifuge agissant sur le liquide pompé. Le moteur de la pompe est généralement étroitement couplé à la tête de pompe et hermétiquement scellé. En fonction de l'application, la pompe immergée pour puits de forage peut être fabriquée en fonte, en acier inoxydable, en acier allié ou en plastique. Les pompes de forage submersibles sont principalement utilisées pour pomper l'eau de forage à de grandes profondeurs vers des réservoirs de stockage en surface pour différentes utilisations. Les fabricants de pompes immergées adaptent le groupe à un diamètre plus petit et à une grande longueur axiale pour qu'il puisse s'insérer dans les trous de forage typiques. Les fabricants de pompes immergées pour puits de forage proposent des pompes à un ou plusieurs étages. Elles présentent de nombreux avantages, notamment une conception compacte, des besoins de maintenance minimes, un rendement énergétique élevé, une grande fiabilité et un fonctionnement silencieux.